속도를 높여주는 CPU의 기술 코어, 클럭, 스레드, 캐시

노트북 컴퓨터는 상당한 가격을 보이고 있기 때문에 선택을 하려면 항상 고민을 할 수밖에 없습니다. 때문에 속도를 높여주는 CPU의 기술 코어, 클럭, 스레드, 캐시메모리 등에 대해서 알아보고 선택을 해도 늦지 않습니다.  어느 것을 살까 고민이 많다면 먼저 저와 함께 컴퓨터의 두뇌인 CPU의 내부 기술을 들여다 보고 알아 두시는 것을 권합니다.

컴퓨터 하드웨어에 관심이 많은 분들이라면 컴퓨터 매장이나 인터넷 쇼핑몰에서 보여주는 사양만 보고도 나에게 맞는 컴퓨터를 선택해서 구매를 하는데 무리가 없습니다. 그러나 관심이 없었던 분들은 사양만 보면 뭐가 뭔지 도통 알아들을 수 없어 가격만 보고 구매를 하시는 분들도 있습니다.

먼저 컴퓨터로 해야 할 일이 있다면 컴퓨터의 능력이 그 일을 하는데 부담이 없는지 알아보아야 하는데 바로 컴퓨터의 두뇌에 해당하는 CPU를 살펴 보면 답이 나옵니다.

“코어, 클럭, 스레드, 캐시메모리는 CPU의 속도를 높여주는 CPU의 기술 이다.

CPU는 속도를 높이기 위해 코어, 클럭, 스레드, 캐시메모리, GPU 등의 기술이 집적화되어 하나의 CPU를 구성합니다. 그래서 CPU 하나만 들여다 보아도 내가 선택해야 할 컴퓨터를 알아볼 수 있는 것입니다.

CPU(Central Processing Unit)

직역하면 ‘중앙처리장치’ 입니다. 컴퓨터의 두뇌에 해당하고 일반적으로 CPU라고 부릅니다. 사용자로부터 입력 받은 명령어를 해석, 연산한 후 그 결과를 출력하는 역할을 합니다.

– CPU, 코어, 스레드의 개념도 –

컴퓨터 CPU의 가장 기본적인 역할은 연산과 계산 작업입니다. 예를 들어, 사용자가 숫자 ‘3’을 컴퓨터에 입력하면 CPU는 이를 ‘00011’이라는 ‘0’과 ‘1’의 조합 2진법으로 인식합니다. 그리고 컴퓨터 저장장치에 저장되어 있는 모든 데이터들은 CPU의 언어인 ‘0’과 ‘1’로 저장되어 있는데 CPU는 디지털 신호의 조합을 해독하고 연산과 계산 과정을 거쳐 결과 값을 모니터로 출력해서 사용자가 알아볼 수 있는 형태로 문서, 그림, 음악, 동영상의 형태로 사용자에게 보여주게 됩니다. 

동영상이나 음악 그리고 게임 등은 방대한 용량이고 CPU가 디지털 신호를 연산 작업할때는 초 당 몇 천 만번씩 또는 몇 억번씩 이상의 계산을 하게 되니 CPU의 속도 향상이 필요하게 됩니다.

“CPU는 수많은 ‘0’과 ‘1’로 이루어진 데이터를 연산해 다양한 결과물을 도출”

왜 이렇게 힘든 과정을 거치냐 하면 컴퓨터의 내부에서 이동하는 데이터는 ‘0’과 ‘1’로 구성된 디지털 신호만을 인식하기 때문입니다. 컴퓨터 초창기에는 TEXT만을 취급했을 때는 아무런 문제가 없었는데 그래픽, 음악, 동영상, 용량이 큰 데이터를 처리하게 되면서 CPU의 속도가 감당이 안되고 컴퓨터가 버벅 거리자 제조 회사들은 이 방대한 데이터를 처리할 방안을 강구하게 되었습니다. 그러면서 CPU의 성능 개선과 속도 향상을 가져오게 되었습니다.

그래서 속도를 높이고자 CPU의 자체 클럭을 높이는 방법과 CPU의 핵심인 코어를 늘리는 방법으로 발전하게 되었습니다.

클럭(Clock)

클럭은 CPU의 연산속도를 말하며 단위는 ‘클럭(Clock)’으로 표시합니다. 이는 초당 CPU 내부에서 몇 단계의 작업이 처리되는 지를 측정해 이를 주파수 단위인 ‘Hz(헤르츠)’로 나타낸 것입니다.

이러한 연산 속도는 CPU의 종류마다 다르지만 클럭 수치가 높을 수록 빠른 성능의 CPU라고 할 수 있겠습니다. 그러나 무조건 클럭만 높이면 발열이나 전력소모가 심해지는데 이는 컴퓨터에 치명적이므로 클럭으로 속도를 높이는 데는 한계가 있었습니다.

최근의 고성능 컴퓨터는 안정적인 속도와 발열로부터의 안전을 위해 클럭이 높은 고사양의 빠른 컴퓨터에는 냉각을 위한 별도의 쿨링팬이 붙어 있는 것을 보실 수 있습니다.

클럭으로 CPU의 속도를 높이다가 어느 선에서 한계에 다다르자 연구진은 CPU의 핵심인 코어를 물리적으로 여러개로 중첩시켜서 코어의 수를 늘리며 속도의 향상을 가져오게 되었습니다.

코어(Core)

CPU에 내장된 처리 회로의 핵심 부분으로 코어가 하나의 CPU 역할을 합니다. 이 코어를 물리적으로 여러 개로 중첩 시켜서 코어의 수를 늘리게 되었고 코어를 늘리면서 한계에 이른 속도를 더 높여주는 기술적 도약을 보여주었습니다.

코어가 1개이면 싱글코어, 2개이면 듀얼코어, 4개이면 쿼드코어, 6개이면 헥사코어, 8개이면 옥타코어 등으로 불립니다.

이는 CPU에서 코어 수만큼 일을 하게하는 기술을 적용한 것인데 전에는 2가지의 일을 하려면 하나를 끝마치고 나서 2번째 일을 진행해야 했지만 코어가 2개가 있다면 2가지 일을 동시에 진행할 수 있어 그 만큼의 속도 향상을 가져왔습니다.  8코어로 8가지 일을 동시에 수행한다면 그만큼 속도는 빨라지겠죠. 

스레드(Thread)

스레드는 CPU가 프로그램 수행 시 프로세스 내부에 존재하는 수행 경로, 즉 실행코드를 말하는 것이며 CPU의 물리적 연산부인 코어의 효율을 향상 시키기 위해 논리적으로 반으로 쪼개어 갯수를 늘린 것으로 이를 나누었을때 작업 단위를 스레드라고 합니다.

하나의 코어가 스레드로 여러 작업을 분할하여 빠르게 처리하는데 프로세스는 단순한 껍데기일 뿐 실제 작업은 스레드가 담당한다고 보시면 됩니다.

그래서 멀티코어로 예를 들면 2개의 코어를 반으로 쪼개어 4개의 스레드를 만들었으니 컴퓨터는 4가지의 일을 동시에 수행한다고 보시면 됩니다. 그래서 컴퓨터상에 여러가지의 프로그램을 동시에 실행 해 놓고 작업을 진행하는 멀티태스킹이 가능하게 되었습니다.

캐시메모리(Cache Memory)

CPU 내부의 임시 저장공간으로 데이터를 처리할 때 사용자가 자주 사용하는 데이터를 임시 보관하는 임시 저장 장치입니다.

캐시 메모리 용량이 적으면 CPU는 캐시보다 동작 속도가 느린 주 기억장치(RAM)이나 보조 기억장치(HDD, SSD)에서 직접 데이터를 불러들이는 빈도가 높아지게 되는데 이런 경우에 컴퓨터의 처리 속도가 전반적으로 저하됩니다.

그래서 CPU 내부에 캐시 메모리를 두고 자주 사용하는 것들은 빠르게 캐시메모리에 저장하고 캐시메모리가 용량이 다하면 RAM을 사용하고 완료하면 HDD, SDD 저장 장치에 저장하는 일련의 과정을 거칩니다. 조금이라도 더 빠르게 작동 하기 위함입니다.

그래서 캐시 메모리는 많을 수록 성능이 우수한 편입니다.

내장그래픽 GPU(Graphics Processing Unit)

각종 멀티미디어 콘텐츠, 게임에 높은 연산 능력을 중시하는 3D 그래픽이 본격적으로 도입되면서 그래픽 처리를 CPU에만 의존하는 형태는 한계를 보이기 시작했습니다. 그래서 그래픽 카드의 GPU를 CPU에 합친  모델이 출시되고 있습니다.

그래픽을 화면에 표시하기 위해서는 픽셀 단위로 많은 정보를 동시에 처리해야 하는데 CPU만으로 처리 하려면 버벅거리는 현상이 생기면서 속도 저하가 옵니다. 이런 단순 작업을 GPU가 담당하고 CPU의 일을 덜어주어 속도를 높이게 합니다.

요즘 시중에 팔리는 CPU의 대부분은 GPU를 내장하고 있습니다.  내장  GPU의 성능이 눈에 띄게 발전하고 있어 CPU와 GPU의 통합은 앞으로도 가속화 될 것으로 보입니다.

이렇게 속도를 높여주는 CPU의 기술 코어, 클럭, 스레드, 캐시메모리 그리고 GPU 에 대해서 알아보았습니다. 다음회에는 CPU의 계열 등급 세대별 제품을 살펴보면서 내가 필요한 컴퓨터의 CPU수준을 어느 정도 수준에서 결정해야 할지에 대해  알아보도록 하겠습니다.